Kaukalorakenteen mitoittaminen nosteelle
Asp, Emmi (2022)
Asp, Emmi
2022
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-06-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205034311
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205034311
Tiivistelmä
Kaukalorakenne on rakenne, jonka avulla voidaan rajoittaa pohjaveden kulkua. Pohja- tai orsivedenpinnan sijaitessa kaukalorakenteen pohjan yläpuolella rakenteeseen kohdistuu nostetta. Nosteen vaikutus on muihin pystykuormiin nähden vastakkaissuuntainen, jolloin noste tyypillisesti pyrkii nostamaan rakennetta sen halutusta korkeusasemasta. Nosteen vaikutusten kumoamiseksi kaukalorakenteen suunnittelussa on huomioitava mitoittaminen nosteelle. Nosteen kohottavaa vaikutusta voidaan kumota rakenteen omapainolla, nosteen aiheuttavan pohjavedenpinnan alentamisella, rakenteen ankkuroinnilla sekä ympäröivän maan kitkavoimilla.
Nosteen aiheuttama kohottava vaikutus huomioidaan nykyisessä standardissa EN 1997-1 nosteen aiheuttamana murtumisena (UPL). Suunnitteluohjeistus on nosteen aiheuttaman murtumisen osalta tulkinnanvarainen, mikä on ollut osasyynä diplomityön tarpeellisuudelle. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, miten kaukalorakenteen mitoitus nosteelle etenee nykyisen suunnittelustandardin ja soveltamisohjeen mukaisesti sekä miten nosteen kumoamiskeino-ja suunnittelussa voidaan hyödyntää.
Nosteen aiheuttaman murtotilanteen lisäksi työssä selvitettiin, minkälaisten siltojen yhteydessä kaukalorakenteita on hyödynnetty ja millaisia rakenneratkaisuja kaukalorakenteissa on käytetty. Diplomityössä tarkasteltavat kaukalorakenteet rajattiin siltojen yhteydessä oleviin teräsbetonisiin kaukalorakenteisiin.
Diplomityön tutkimusmenetelmä oli kirjallisuuskatsaus ja laskennallinen selvitys. Kirjallisuuskatsaus koostui sekä kansallisesta että kansainvälisestä kirjallisuudesta. Käytetty kirjallisuus koostui standardeista, suunnitteluohjeista ja tieteellisistä julkaisuista. Kaukalorakenteiden hyödyntämisen ja kaukalorakenteiden rakenneratkaisuiden tutkimisessa käytettiin lähteenä Väyläviraston Taitorakennerekisteriä.
Laskennallisella selvityksellä kartoitettiin, miten kaukalorakenteen mitoitus nosteelle laskennallisesti etenee nykyisen eurokoodin mukaisesti. Laskelmissa tarkasteltiin sekä ulokkeellista että ulokkeetonta kaukalorakennetta. Laskennallisissa selvityksissä oletettiin kaukalorakenteen olevan päältä avoin. Työn lopussa koottiin laskennallisesta selvityksestä saatuja tuloksia. A trough structure is a structure which can be used to limit groundwater level and flow. When groundwater or the perched water level is higher than the bottom of the trough structure, buoyancy affects the trough structure by uplifting force. Uplifting force affects opposite direction than other vertical loads. Because of this uplift pursue to rise structure from its decided elevation. In the design of trough structure overturn for uplift must be considered. Methods for overturn uplift are increasing the weight of the structure, lowering the level of groundwater by draining, anchoring the structure, and taking frictional resistance into account.
The uplifting force from buoyancy has been considered in the standard EN 1997-1 as a failure by uplift (UPL). The design standard is partly open to interpretation which have been the part reason for the need of this thesis. The aim of this master’s thesis was to study how trough structure is designed for failure by uplift and how measures against failure by uplift can be used.
In addition to failure by uplift, this study discovered bridge types that have trough structures and structural solutions of trough structures. Trough structures in this master’s thesis were limited to reinforced concrete trough structures interrelated with bridges.
The methods of research in this thesis were literary and calculatory reviews. The literary review consisted of national and international literature. The literary review was composed of standards, design guidelines and scientific publication. For the research of trough structures in bridges and the structural solutions of trough structures, Taitorakennerekisteri from the Finnish Transport Infrastructure Agency was investigated.
In the calculatory review calculation for the failure by uplift was made for the trough structure with the present Eurocode. The calculations were made for trough structures that have cantilevers and for though structures which do not have them. In the calculations, it was assumed that the trough structure was open from the top. At the end of the calculatory review, the results of the calculations were summarised.
Nosteen aiheuttama kohottava vaikutus huomioidaan nykyisessä standardissa EN 1997-1 nosteen aiheuttamana murtumisena (UPL). Suunnitteluohjeistus on nosteen aiheuttaman murtumisen osalta tulkinnanvarainen, mikä on ollut osasyynä diplomityön tarpeellisuudelle. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, miten kaukalorakenteen mitoitus nosteelle etenee nykyisen suunnittelustandardin ja soveltamisohjeen mukaisesti sekä miten nosteen kumoamiskeino-ja suunnittelussa voidaan hyödyntää.
Nosteen aiheuttaman murtotilanteen lisäksi työssä selvitettiin, minkälaisten siltojen yhteydessä kaukalorakenteita on hyödynnetty ja millaisia rakenneratkaisuja kaukalorakenteissa on käytetty. Diplomityössä tarkasteltavat kaukalorakenteet rajattiin siltojen yhteydessä oleviin teräsbetonisiin kaukalorakenteisiin.
Diplomityön tutkimusmenetelmä oli kirjallisuuskatsaus ja laskennallinen selvitys. Kirjallisuuskatsaus koostui sekä kansallisesta että kansainvälisestä kirjallisuudesta. Käytetty kirjallisuus koostui standardeista, suunnitteluohjeista ja tieteellisistä julkaisuista. Kaukalorakenteiden hyödyntämisen ja kaukalorakenteiden rakenneratkaisuiden tutkimisessa käytettiin lähteenä Väyläviraston Taitorakennerekisteriä.
Laskennallisella selvityksellä kartoitettiin, miten kaukalorakenteen mitoitus nosteelle laskennallisesti etenee nykyisen eurokoodin mukaisesti. Laskelmissa tarkasteltiin sekä ulokkeellista että ulokkeetonta kaukalorakennetta. Laskennallisissa selvityksissä oletettiin kaukalorakenteen olevan päältä avoin. Työn lopussa koottiin laskennallisesta selvityksestä saatuja tuloksia.
The uplifting force from buoyancy has been considered in the standard EN 1997-1 as a failure by uplift (UPL). The design standard is partly open to interpretation which have been the part reason for the need of this thesis. The aim of this master’s thesis was to study how trough structure is designed for failure by uplift and how measures against failure by uplift can be used.
In addition to failure by uplift, this study discovered bridge types that have trough structures and structural solutions of trough structures. Trough structures in this master’s thesis were limited to reinforced concrete trough structures interrelated with bridges.
The methods of research in this thesis were literary and calculatory reviews. The literary review consisted of national and international literature. The literary review was composed of standards, design guidelines and scientific publication. For the research of trough structures in bridges and the structural solutions of trough structures, Taitorakennerekisteri from the Finnish Transport Infrastructure Agency was investigated.
In the calculatory review calculation for the failure by uplift was made for the trough structure with the present Eurocode. The calculations were made for trough structures that have cantilevers and for though structures which do not have them. In the calculations, it was assumed that the trough structure was open from the top. At the end of the calculatory review, the results of the calculations were summarised.